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“精子的尾巴”筑梦人工细胞

发布时间:2022-06-24 02:57:55 阅读: 来源:点火器厂家
“精子的尾巴”筑梦人工细胞

就像工厂中的流水线一样,如果人体内的酶都汇集到特定的地方,将原料在酶与酶之间有序传递的话,就可以更有效地生产最终产品。

最近,康奈尔大学(CornellUniversity)贝克动物健康研究所(BakerInstituteforAnimalHealth)的科学家们利用纳米粒子将酶固定在特定位置上,首次合成了包含10道工序的酶生产线。

他们的研究灵感来源于精子。在精子尾巴中,纳米粒子通过激活酶的活性来获得生物功能。这些酶将糖转化为乳酸和能量,使精子能够以每秒5个身长的速度前行。

该研究的第一作者、博士后研究员ChinatsuMukai说:精子是极其高效的能量转换系统。在贝克研究所的AlexTravis实验室中,Mukai等人一直从事新陈代谢和精子功能的研究。

他们的想法是模仿精子的尾部,试图在小型人造装置上实现相同的能量转换效率。这项研究的成果近日发表在《德国应用化学》(AngewandteChemie)期刊上。

在细胞中,大多数将糖转化为能量(糖酵解作用)的酶漂浮在细胞液中,只作用于恰好路过的糖分子。但在精子中,进行糖酵解的酶附着于固体蛋白质所确定的特定区域,这些固体蛋白质位于细胞膜正下方,分布在精子尾巴的绝大多数地方。

Travis说:糖分子通过细胞膜进入细胞后立即被下方的酶捕捉,然后被以‘流水线的方式传递给下一个酶。这种方式在短时间内产生大量的能量。

实验室的研究团队开发的生物系统采用了类似的工作机理:糖分子有序通过连接在纳米颗粒上的酶,产生大量的能量。与溶液中游离的酶相比,固定位置的酶能够更加有效地将葡萄糖转化成乳酸盐,留下更少的中间产物。这一包含10道步骤的生物系统是这一领域的巨大进步,之前已报告的系统最多只有两到三个步骤。

Travis表示,如果这种方式可以增加能量的净生产值的话,一系列应用将应运而生。在精子中,这些能量用于精子的拼命奔跑,使其能够与卵子汇合。但在纳米生物技术中,这些能量可以作为发动机为各种功能提供动力。例如,我们想开发一种只有血细胞大小的设备,每个设备都携带一定剂量的化疗药物。如果配备这种发动机,那么设备就可以利用血液中的糖给自身供能,以特定的速率将药物运输到需要的位置。

他们的研究团队已经尝试将这一技术商业化,把这种固定酶的概念用于检测血液样本的设备中,用以检测中风或创伤性脑损伤。

Mukai表示,众所周知,人工细胞的合成离不开新陈代谢。因此,这一方向上的突破或许可以帮助人类实现制造人工细胞的梦想。

循证来源:搜狐网,模仿精子的尾巴,人类可能实现制造人工细胞梦想,2016-12-06

ChinatsuMukaietal.BiomimicryPromotestheEfficiencyofa10-StepSequentialEnzymaticReactiononNanoparticles,ConvertingGlucosetoLactate,AngewandteChemieInternationalEdition

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